《电工电子技术》电路分析基础课件

1、 理解电流、电压参考方向的问题；掌握基尔霍夫定律及其应用；了解电气设备额定值的定义；熟悉电路在不同工作状态下的特点；深刻理解电路中电位的概念并能熟练计算电路中各点的电位。第1章 电路分析基础学习要点第二页第1章 电路分析基础1.1 电路分析基础知识1.2 电气设备的额定值及电路的工作状态1.3 基本电路元件和电源元件1.4 电路定律及电路基本分析方法1.5 电路中的电位及其计算方法1.6 叠加定理1.7 戴维南定理第二页1.1 电路分析基础知识1. 导体、绝缘体和半导体原子核原子核中有质子和中子，其中质子带正电，中子不带电绕原子核高速旋转的电子带负电自然界物质的电结构：电子正电荷负电荷=原子结

2、构中：原子核导体的外层电子数很少且距离原子核较远，因此受到原子核的束缚力很小，极易挣脱原子核的束缚游离到空间成为自由电子，自由电子在外电场作用下定向移动形成电流。原子核半导体的外层电子数一般为4个，其导电性界于导体和绝缘体之间。原子核绝缘体外层电子数常为8个，且距离原子核较近，因此受到原子核很强的束缚力而无法挣脱，我们把外层电子数为8个称为稳定结构，这种结构中不存在自由电子，因此不导电。第四页绝缘体是否在任何条件下都不导电？当外界电场的作用超过原子核对外层电子的束缚力时，绝缘体的外层电子也同样会挣脱原子核的束缚成为自由电子，这时我们称为绝缘被 击穿。半导体有什么特殊性？半导体的导电性虽然 介于

3、导体和绝缘体之间，但半导体在外界条件变化时，其导电能力会大大增强；若掺入某些杂质后，其导电能力甚至会增加成千上万倍，半导体的这种特殊性，使它在电子技术中得到了广泛地应用。检 验 学 习 结 果第四页2.电路的组成和功能 （1） 电路的组成电路一般由电源、负载和中间环节组成。电源：如发电机、电池等，电源可将其它形式的能量转换成电能，是向电路提供能量的装置。负载：指电动机、电灯等各类用电器，在电路中是接收 电能的装置，可将其它形式的能量转换成电能。中间环节：将电源和负载连成通路的输电导线、控制电路通断的开关设备和保护电路的设备等。第四页 电路可以实现电能的传输、分配和转换。（2）电路的主要功能：电

4、力系统中：电子技术中： 电路可以实现电信号的传递、存储和处理。第四页3.电路模型和电路元件 电源负载负载电源开关实体电路ISUS+_R0中间环节电路模型与实体电路相对应的电路图称为实体电路的电路模型。RL+ U导线第四页电路模型中的所有元件均为理想电路元件。实际电路元件的电特性是多元的、复杂的。iR R L消耗电能的电特性可用电阻元件表征产生磁场的电特性可用电感元件表征由于白炽灯中耗能的因素大大于产生磁场的因素，因此L 可以忽略白炽灯的电路模型可表示为：理想电路元件的电特性是精确的、惟一的。第四页理想电路元件又分有有源和无源两大类RC+ USIS电阻元件电容元件理想电压源理想电流源L无源二端元

5、件有源二端元件电感元件第四页集总参数元件的特征2. 对于集总参数元件，任何时刻从元件一端流入的电流，恒等于从元件另一端流出的电流，并且元件两端的电压值是完全确定的。 1.在元件中所发生的电磁过程都集中在元件内部进行，其次要因素可以忽略的理想化电路元件。如前面提到的无源电路元件R，只具有耗能的电特性；L只具有储存磁场能量的电特性；C只具有储存电场能量的电特性。第四页4. 电压、电流及其参考方向大写 I 表示直流电流，小写 i 表示电流的一般符号（1） 电流 电流强度等于单位时间内通过导体横截面的电荷量。电流的单位及换算：1A=103mA=106A=109nA 电荷的定向移动形成电流。 电流的大小

6、用电流强度表示，简称电流。或第四页（2） 电压 电路中a、b两点间的电压定义为单位正电 荷由a点移至b点电场力所做的功。 电压是电路中产生电流的根本原因。 电压等于电路中两点电位之差。或大写 U 表示直流电压，小写 u 表示电压的一般符号电压的单位及换算：1V=103mV=10-3KV第四页（3） 电流、电压的参考方向 解题前在电路图上标示的电压、电流方向称为参考方向。为什么要在电路图中标示参考方向？参考方向是为了给方程式中各量前面的正、负号以依据aIRUb关联参考方向下： U=IRaIRUb非关联参考方向下： U=IR第四页图中若 I = 3 A，则表明电流的实际方向与参考方向相同；反之，若

7、 I = 3 A，则表明电流的实际方向与参考方向相反 。I +US电压、电流的参考方向： 当电压、电流参考方向与实际方向相同时，其值为正，反之则为负值。 电流的参考方向用箭头表示；电压的参考方向除用极性“+”、“”外，还可用双下标或箭头表示原则上：任意假定。RR0第四页例：当ua =3V ub = 2V时u1 =1Vu2=1V 求得的u1为正值，说明电压的实际方向与参考方向一致； 求得的u2为负值，说明电压的实际方向与参考方向相反。第四页5. 电能、电功率和效率 电能的转换是在电流作功的过程中进行的，因此电能的多少可以用功来量度。式中电压的单位为伏特【V】，电流单位为安培【A】，时间的单位用秒

8、【s】时，电能（或电功）的单位是焦耳【J】。日常生产和生活中，电能（或电功）也常用度作为量纲：1度=1KWh=KVAh（1）电能第四页单位时间内电流所作的功称为电功率，用“P”表示（2）电功率1W=10-3KW功的单位为焦耳，时间单位为秒时，电功率的单位是“瓦”（3）效率输出功率与输入功率的比值称为效率，用“”表示第四页 则某部分电路功率 P 0 , 说明U、I 实际方向与参考方向一致，说明电路吸收电功率，为负载。 所以，从 P 的 + 或 - 可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。在进行功率计算时，如果假设 U、I 参考方向关联。 当某部分电路功率 P R2，则RR1如果两个并联电阻有：R

9、1R2，则RR2第四页电阻的混联计算举例【解】 Rab=R1+ R6+(R2/R3)+(R4/R5)R1R2R3R4R5R6ab分析：由a、b端向里看， R2和R3， R4和R5均连接在相同的两点之间，因此是并联关系，把这4个电阻两两并联后，电路中除了a、b两点不再有结点，所以它们的等效电阻与R1和R6相串联。电阻混联电路的等效电阻计算，关键在于正确找出电路的联接点，然后分别把两两结点之间的电阻进行串、并联简化计算，最后将简化的等效电阻相加即可求出。第四页2. 电路名词1. 支路：一个或几个二端元件首尾相接中间没有分岔，使各元件上通过的电流相等，这种连接方式称为支路。2. 结点：三条或三条以上

10、支路的联接点称之为结点。3. 回路：电路中的任意闭合路径称为回路。4. 网孔：单一闭合路径，其中不包含其它支路的回路称为网孔。第四页 节点共a、 b 2个支路共3条回路共3个例#1#2#3回路几个？abI1I2I3U2+-R1R3R2+_U1+_几条支路？结点几个？网孔数？网孔共2个第四页例支路：共 ？条回路：共 ？个节点：共 ？个6条4个独立回路：？个7个有几个网眼就有几个独立回路I3US4US3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4_第四页3. 基尔霍夫电流定律KCL用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括基氏电流定律（KCL）和基氏电压定律（KVL)两个

11、定律。 对任意结点，在任一瞬间，流入结点的电流之和等于由结点流出的电流之和。或者说，在任一瞬间，流入一个节点上的电流的代数和恒等于零。 KCL内容:例I1I2I3I4 I =0即：或：流入为正流出为负基氏电流定律的依据：电流的连续性原理第四页基氏电流定律的推广I=?广义节点I1I2I3例例I1+I2=I3I=0IU2RU3+_U2+_U1+_RRR广义节点电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。第四页 对电路中的任一回路，沿任意绕行方向转一周，其电位降等于电位升。或，电压降的代数和恒为零。对题图回路#1列KVL方程：电位降即：#1#2电位降为正 电位升为负KVL内容:I1I2I3R3US1+_U

12、S2_+R1R2例电位升IR=US 或 U=0#3对题图回路#2列KVL方程：电位降电位降等于电位升电位升对题图回路#3列KVL方程：电位降第三个方程式不独立电位升省略第四页KVL定律可以扩展应用于任意假想的闭合回路列出下图的KVL方程例第四页5. 负载获得最大功率的条件R0RLUSI左图所示的闭合全电路中，电流为：负载上获得的功率为：将式子整理为：由此式能看出负载上获得最大功率的条件吗？*R0=RL第四页检 验 学 习 结 果当这两个电阻相串或相并时，等效电阻R？负载获得最大功率的条件？最大功率为多少？A4=？ A5 =？结点？支路？Uab=？I=？10K10R0=RL 和Pmax=US24

13、R0串联 ：R10K并联 ：R10R1R2I1I2IR3I3A4A5A4=13mAA5=3mA2I12V+_16V+_155ab结点n=2支路b=3Uab=0 I=0第四页1.5 电路中的电位及其计算方法1. 电位电位具有相对性，相对于参考点较高的电位点是正电位，比参考点低的电位点为负电位。参考点的电位一般取零 。电位实际上就是电路中某点到参考点的电压，电压常用双下标，而电位则用单下标，电位的单位也是伏特【V】。Va = +5V a 点电位：ab15AVb = 5V b点电位：ab15A例例第四页baS打开时，a 点电位？S闭合时a点电位？S闭合时b点电位为“地”电位0则例12V6K4K20K

14、12VSS6K4K20K12V12VbaS打开时电路为一个闭合全电路求S打开和闭合时a点电位为多少？则第四页 电位值是相对的,参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之改变； 电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而改变。注意：电位和电压的区别第四页1.6 叠加定理 在多个电源同时作用的线性电路中，任何支路的电流或任意两点间的电压，都是各个电源单独作用时所得结果的代数和。概念:第四页+原电路U1单独作用“恒压源不起作用”或“令其等于0”，即是将此恒压源去掉，代之以导线连接。R2BAI1I2I3R3U2+_R1U1+_R2I1I2I3R3R1U1+_BAR2I1I2I3R3R1U2+

15、_BAU2单独作用第四页用叠加原理求下图所示电路中的I2。根据叠加原理: I2 = I2 + I2=1+（1）=0例BAI237.2V+_212V+_6I212V+_BA236I27.2V+_BA236解12V电源单独作用时：7.2V电源单独作用时：第四页用迭加原理求：I= ?I = I+ I= 2+（1）=1A“恒流源不起作用”或“令其等于0”，即是将此恒流源去掉，使电路开路。例+-I4A20V101010I4A101010+-I20V1010104A电流源单独作用时：20V电压源单独作用时：第四页应用叠加定理要注意的问题1. 叠加定理只适用于线性电路（电路参数不随电压、电流的变化而改变）。

16、 2. 叠加时只将电源分别考虑，电路的结构和参数不变。暂时不予考虑的恒压源应予以短路，即令U=0；暂时不予考虑的恒流源应予以开路，即令Is=0。3. 解题时要标明各支路电流、电压的正方向。原电路中各电压、电流的最后结果是各分电压、分电流的代数和。=+第四页4. 迭加原理只能用于电压或电流的计算，不能用来求功 率，即功率不能叠加。如：5. 运用迭加定理时也可以把电源分组求解，每个分支 电路的电源个数可能不止一个。 设：则：R3I3=+第四页1.7 戴维南定理 对外电路来说，任何一个线性有源二端网络，均可以用一个理想电压源和一个电阻元件串联的有源支路来等效代替，其电压源电压US等于线性有源二端网络

17、的开路电压UOC，电阻元件的阻值R0等于线性有源二端网络除源后两个端子间的等效电阻Rab。这就是戴维南定理。概念:第四页无源二端网络： 二端网络中没有电源ABAB有源二端网络： 二端网络中含有电源有源二端网络RUSRS+_R“等效”是指对端口外等效，即R两端的电压和流过R的电流不变。注意：第四页已知：R1=20 、 R2=30 R3=30 、 R4=20 U=10V求：当 R5=16 时，I5=?R1R3+_R2R4R5UI5R5I5R1R3+_R2R4U等效电路有源二端网络解第四页戴维南等效电路ABOSUU=R0 =RABR5I5R1R3+_R2R4UABUSR0+_AB第四页第一步：求开端电压UABORABUABOCR1R3+_R2R4UABDR1R3R2R4ABD第二步：求输入电阻RABR= R1 / R2 R1 / R2 =20/3030/20 =12+12 =24 第四页戴维南等效电路R5I5R1R3+_R2R4UAB2V24+_AB16I5第四页戴维南定理 练习题US =（30/50） RS +30 US =（